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子Shell和子进程

Shell 中有很多方法产生子进程,比如以新进程的方式运行 Shell 脚本,使用组命令、管道、命令替换等,但是这些子进程是有区别的。

子进程的概念是由父进程的概念引申而来的。在 Linux 系统中,系统运行的应用程序几乎都是从 init(pid为 1 的进程)进程派生而来的,所有这些应用程序都可以视为 init 进程的子进程,而 init 则为它们的父进程。

使用pstree -p命令就可以看到 init 及系统中其他进程的进程树信息(包括 pid):
systemd(1)─┬─ModemManager(796)─┬─{ModemManager}(821)
            │                     └─{ModemManager}(882)
            ├─NetworkManager(975)─┬─{NetworkManager}(1061)
            │                       └─{NetworkManager}(1077)
            ├─abrt-watch-log(774)
            ├─abrt-watch-log(776)
            ├─abrtd(773)
            ├─accounts-daemon(806)─┬─{accounts-daemon}(839)
            │                        └─{accounts-daemon}(883)
            ├─alsactl(768)
            ├─at-spi-bus-laun(1954)─┬─dbus-daemon(1958)───{dbus-daemon}(1960)
            │                         ├─{at-spi-bus-laun}(1955)
            │                         ├─{at-spi-bus-laun}(1957)
            │                         └─{at-spi-bus-laun}(1959)
            ├─at-spi2-registr(1962)───{at-spi2-registr}(1965)
            ├─atd(842)
            ├─auditd(739)─┬─audispd(753)─┬─sedispatch(757)
            │               │                └─{audispd}(759)
            │               └─{auditd}(752)
本教程基于 CentOS 7 编写,CentOS 7 为了提高启动速度使用 systemd 替代了 init。CentOS 7 之前的版本依然使用 init。

Shell 脚本是从上至下、从左至右依次执行的,即执行完一个命令之后再执行下一个。如果在 Shell 脚本中遇到子脚本(即脚本嵌套,但是必须以新进程的方式运行)或者外部命令,就会向系统内核申请创建一个新的进程,以便在该进程中执行子脚本或者外部命令,这个新的进程就是子进程。子进程执行完毕后才能回到父进程,才能继续执行父脚本中后续的命令及语句。

子Shell和子进程

子进程的创建

了解 Linux 编程的读者应该知道,使用 fork() 函数可以创建一个子进程;除了 PID(进程ID)等极少的参数不同外,子进程的一切都来自父进程,包括代码、数据、堆栈、打开的文件等,就连代码的执行位置(状态)都是一样的。

也就是说,fork() 克隆了一个一模一样的自己,身高、体重、颜值、嗓音、年龄等各种属性都相同。当然,后期随着各自的发展轨迹不同,两者会变得不一样,比如 A 好吃懒做越来越肥,B 经常健身成了一个肌肉男;但是在 fork() 出来的那一刻,两者都是一样的。

Linux 还有一种创建子进程的方式,就是子进程被 fork() 出来以后立即调用 exec() 函数加载新的可执行文件,而不使用从父进程继承来的一切。什么意思呢?

比如在 ~/bin 目录下有两个可执行文件分别叫 a.out 和 b.out。现在我运行 a.out,就会产生一个进程,比如叫做 A。在进程 A 中我又调用 fork() 函数创建了一个进程 B,那么 B 就是 A 的子进程,此时它们是一模一样的。但是,我调用 fork() 后立即又调用 exec() 去加载 b.out,这可就坏事了,B 进程中的一切(包括代码、数据、堆栈等)都会被销毁,然后再根据 b.out 重建建立一切。这样一折腾,B 进程除了 ID 没有变,其它的都变了,再也没有属于 A 的东西了。

你看,同样是创建子进程,但是结果却大相径庭:
  • 第一种只使用 fork() 函数,子进程和父进程几乎是一模一样的,父进程中的函数、变量、别名等在子进程中仍然有效。
  • 第二种使用 fork() 和 exec() 函数,子进程和父进程之间除了硬生生地维持一种“父子关系”外,再也没有任何联系了,它们就是两个完全不同的程序。

对于 Shell 来说,以新进程的方式运行脚本文件,比如bash ./test.shchmod +x ./test.sh; ./test.sh,或者在当前 Shell 中使用 bash 命令启动新的 Shell,它们都属于第二种创建子进程的方式,所以子进程除了能继承父进程的环境变量外,基本上也不能使用父进程的什么东西了,比如,父进程的全局变量、局部变量、文件描述符、别名等在子进程中都无效。

但是,组命令、命令替换、管道这几种语法都使用第一种方式创建进程,所以子进程可以使用父进程的一切,包括全局变量、局部变量、别名等。我们将这种子进程称为子 Shell(sub shell)

子 Shell 虽然能使用父 Shell 的的一切,但是如果子 Shell 对数据做了修改,比如修改了全局变量,那么这种修改只能停留在子 Shell,无法传递给父 Shell。不管是子进程还是子 Shell,都是“传子不传父”。

总结

子 Shell 才是真正继承了父进程的一切,这才像“一个模子刻出来的”;普通子进程和父进程是完全不同的两个程序,只是维持着父子关系而已。

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